球磨机磨矿动能学与运行参数考察分析

传统卧式球磨机在磨矿领域已应用百年之久，磨矿机理研究较为深入，在磨矿领域发挥着重要的作用。但随着地球矿产资源日益枯竭，贫矿和难选矿的比重逐渐增加，有用矿物的嵌布粒度越来越细，只有进行充分的单体解离才能够高能回收利用，因此需要对球磨机开发升级，开发精良的磨矿设备才能满足细磨的需求。

为了缩短与国外球磨机研究的技术差距，国内球磨机不仅需要开展细磨基础理论研究，首先从球磨机工艺参数优化技术知识开始，开展球磨机的各项技术参数和运行参数匹配性试验研究，为球磨机的技术研究、工业选型和应用提供科学的指导依据。

1、磨矿动能学分析研究

在清水条件下，分别考察不同介质直径、不同磨机转速和不同介质填充率条件下的球磨机内介质运动规律和运行功率，确定功率消耗与介质直径、磨机转速和负载之间的关系。

研究过程分析得知，当介质直径由7mm增至13mm时，电动机的运行功率增加率超过10%，磨机运行转速越高，功率增加率越大；运行功率的增加率随介质添加量的增加呈先增大后减缓的趋势，在40kg时功率增加率较大，达到20%左右。当介质直径由13mm增至25mm时，运行功率增加率低于5%。

当介质添加量由20kg增至40kg时，电动机的运行功率增加率超过10%，电动机的工作频率越高，增加率越大，当工作频率为40Hz时功率增加率较大，达到20%左右；而运行功率的增加率随介质直径的增加呈先减小后增大的趋势。

当电动机工作频率由20Hz增至40Hz时，其运行功率增加率超过60%，且随磨矿介质添加量和介质直径的增加而增大。

总体而言，磨机的运行功率随着介质添加量及磨机转速的增加明显增大，磨机转速对运行功率的影响远远大于介质添加量和介质直径的影响；因此，磨机需要在合适的转速下确定很好的介质添加量和介质直径。

为了确定球磨机的较佳运行参数，需要开展不同参数下的带矿试验研究。有效磨矿面积随介质添加量的增加而增大，筒体容积一定时，介质含量过高，将会导致筒体上部无法形成相对稳定的分级区，且造成筒体内试验矿样所占容积比缩小，不适合开展试验，所以介质填加量初定为40kg。

2、运行参数考察

（1）试验矿样为外购石英砂，试验前将物料破碎处理成0.2mm以下，矿样密度为2.5~2.8g/cm3，莫氏硬度为7。

（2）试验条件磨矿质量浓度45%，介质添加量为40kg（充填率约30%），磨矿时间为10min。

（3）试验过程试验依次按原矿混匀、称重、制浆、计时磨矿、磨矿产品筛分和数据分析处理的步骤进行，筛分粒度分别为-120、-200和-325目。

3、结果分析

磨矿效果的评判标准一般包括单位能耗、新生合格粒级产品含量和磨矿效率三方面。磨矿效率是评价磨矿能耗的指标，可用处理单位矿石所需的电能表示。试验研究了不同介质直径和磨机转速与新生磨矿粒级含量的关系。

新生粒级含量随着磨机转速的增加而增大。不同直径的磨矿介质，新生粒级含量各不相同，当电动机运行频率为30、35Hz时，介质直径为7mm时新生-325目粒级含量较多；介质直径为10mm时新生-120目粒级含量较多；介质直径为13mm时新生-200目粒级含量较多。由此可知，当磨矿产品粒度要求较细时，适合采用小直径磨矿介质。

此外，当磨机电动机频率由25Hz增至30Hz时，新生粒级含量大幅提高，而继续增加电动机频率则新生粒级含量的增加率有所降低；因此，球磨机必须在合适的转速下运转才能产生较高的磨矿效率。

要求磨矿产品粒度越细，所需的单位能耗越高。当磨机低速运行时，新生粒级单位能耗随着介质直径的增大而降低；当电动机频率为30和35Hz时，新生-325目粒级单位能耗随着介质直径的增加而略有增大。在介质直径为7mm时单位能耗较低；介质直径为10mm时新生-120目粒级单位磨矿能耗较低。因此，球磨机的磨矿介质以7mm为主，根据矿石的产品粒度要求适当配加10mm的介质。

新生粒级单位能耗随着磨机电动机频率的增加而降低，粒度越细，需要的磨矿能耗越高，且随着粒度变细，新生粒级单位能耗的减小率增大。由此可知，球磨机更适合细粒级磨矿。相同条件下粒度越细，节能效果越显著。当电动机运行频率由30Hz增至35Hz时，新生粒级单位能耗减少率明显变小，而且在35Hz时，球磨机筒体内的矿浆波动较为剧烈，无法形成稳定的自分级区，易导致过磨和欠磨现象的发生；因此，为了便于开展试验研究，以获得合格的溢流产品，宜采用电动机频率30Hz（转速204.8r/min）作为球磨机的运转速度。

综上所述，采用石英砂作为原料进行磨矿试验，当磨矿介质直径为7mm时新生-325目粒级含量较多，新生粒级单位能耗较低；磨机电动机运行频率为30Hz时，新生粒级单位能耗较低，且容易获得合格的溢流产品。因此，球磨机磨矿试验主要添加介质直径为7mm的磨矿介质，电动机运行频率设定为30Hz。